Penyebab dan metode pengendalian pori-pori gas pada sambungan las laser

I. Pendahuluan

Pengelasan laser menawarkan keunggulan seperti kerapatan energi tinggi, zona terkena panas yang kecil, bentuk lasan baik, dan distorsi rendah. Pengelasan laser banyak digunakan dalam fabrikasi lembaran logam, elektronik konsumen, manufaktur baterai, perangkat medis, serta industri otomotif. Namun, dalam aplikasi pengelasan praktis, cacat porositas sering muncul di dalam atau pada permukaan lasan akibat pengaruh gabungan dari faktor material, peralatan, dan proses. Cacat-cacat ini berdampak negatif terhadap kekuatan, kepadatan, dan kualitas penampilan lasan. Oleh karena itu, perlu untuk menganalisis mekanisme pembentukan porositas serta mengusulkan langkah-langkah pengendalian yang efektif guna meningkatkan stabilitas pengelasan dan kualitas produk.

II. Penyebab Utama Porositas Lasan

Porositas pada pengelasan umumnya disebabkan oleh terperangkapnya gas, pengendapan gas terlarut, atau penguapan material. Penyebab utamanya meliputi:

1. Kontaminasi Permukaan Material

Ketika permukaan las mengandung minyak, kelembapan, karat, atau lapisan pelindung, zat-zat tersebut terurai pada suhu tinggi dan menghasilkan gas yang masuk ke dalam kolam cair. Contohnya:

Kontaminasi minyak → menghasilkan gas hidrokarbon

Kelembapan → menghasilkan H₂ dan O₂

Lapisan pelindung → terurai menjadi gas organik atau anorganik

Jika kolam cair membeku dengan cepat, gas-gas ini tidak dapat keluar tepat waktu dan membentuk pori-pori.

2. Kandungan Gas Tinggi dalam Material

Beberapa material mengandung kadar hidrogen, oksigen, nitrogen, atau inklusi yang lebih tinggi, yang dapat mengendap dan membentuk gelembung selama peleburan. Contohnya:

Paduan aluminium sensitif terhadap hidrogen

Baja sensitif terhadap oksigen

Paduan tembaga sensitif terhadap nitrogen

Jika waktu kolam cair terlalu singkat atau pendinginan terlalu cepat, gas akan terperangkap dan membentuk pori-pori.

3. Masukan Energi Laser Tidak Cukup atau Tidak Stabil

Jika kerapatan energi tidak mencukupi, kolam cair menjadi dangkal dengan fluiditas buruk, sehingga sulit bagi gas untuk keluar. Fluktuasi energi juga dapat menyebabkan penyegelan kolam cair yang tidak konsisten, mengakibatkan terperangkapnya gelembung.

Manifestasi umum meliputi:

Fluktuasi daya laser

Deviasi fokus yang menyebabkan penurunan kerapatan daya

Kecepatan pengelasan terlalu tinggi menyebabkan penetrasi tidak sempurna

4. Perlindungan Gas Pelindung Tidak Tepat

Perlindungan tidak cukup atau arah pelindung yang salah memungkinkan udara masuk ke dalam kolam cair dan memicu reaksi gas. Aliran gas berlebihan dapat menyebabkan turbulensi atau terbawanya udara.

Masalah umum meliputi:

Aliran argon berlebihan menyebabkan terbentuknya pusaran

Ketidakselarasan gas yang menyebabkan perisai tidak lengkap

Kontaminasi nosel yang menyebabkan gangguan pada aliran medan

5. Ketidaksesuaian antara material pengisi dan logam dasar

Dalam pengelasan kawat pengisi, jika komposisi kawat pengisi, kandungan gas, atau tingkat kebersihannya buruk, dapat memperkenalkan gas tambahan atau inklusi.

Contoh mencakup:

Kawat las basah atau bersifat higroskopis

Kondisi penyimpanan yang buruk

Pembersihan kawat yang tidak memadai

III. Bahaya Utama Porositas Las

Cacat porositas memengaruhi kualitas produk terutama melalui:

Menurunnya kekuatan las dan umur lelah

Kinerja penyegelan dan penghalang yang menurun

Kualitas penampilan yang menurun

Keandalan berkurang dalam aplikasi kritis

Industri seperti enclosure baterai, perangkat medis, dan struktur kedap gas dapat menolak produk sepenuhnya karena cacat porositas.

IV. Metode Pengendalian Cacat Porositas Las

Untuk meningkatkan kualitas pengelasan laser, optimasi harus dilakukan pada material, peralatan, proses, dan lingkungan.

1. Terapkan Pretreatment Permukaan yang Tepat

Pembersihan permukaan las secara signifikan mengurangi risiko porositas. Metode umum meliputi:

Pembersihan mekanis (penggerindaan, penggosokan)

Pembersihan pelarut (alkohol, aseton)

Pembersihan laser (cocok untuk produksi massal)

Pengeringan dan pengurangan kelembapan (khususnya untuk paduan aluminium)

Area utama meliputi zona las dan area kontak internal pada sambungan tumpang tindih.

2. Kendalikan Kualitas Material dan Kondisi Penyimpanan

Berdasarkan karakteristik penyerapan gas material:

Paduan aluminium harus dijaga agar tetap kering untuk mencegah penyerapan uap air

Komponen tembaga harus dilindungi dari oksidasi dengan gas atau lapisan pelindung

Baja harus dihindari dari karat parah dan kotoran

Pada pengelasan kawat isian, kawat harus tetap kering dan bersih.

3. Optimalkan Parameter Energi Laser

Pemadanan proses yang tepat sangat penting untuk pelepasan gas. Arah optimasi meliputi:

Meningkatkan kepadatan daya → meningkatkan penetrasi dan fluiditas

Mengurangi kecepatan pengelasan → memperpanjang waktu terbukanya kolam lebur

Menyesuaikan posisi fokus → meningkatkan stabilitas kolam lebur

Menstabilkan keluaran laser → menghindari fluktuasi energi

Dalam pengelasan penetrasi dalam, defokus negatif dapat meningkatkan penetrasi dan perilaku aliran.

4. Perbaiki Sistem Gas Pelindung

Optimasi gas pelindung meliputi:

Memilih gas yang sesuai (misalnya, argon untuk pengelasan aluminium)

Mengatur laju aliran yang tepat (hindari turbulensi)

Mengoptimalkan sudut nozzle dan jarak antara

Meningkatkan cakupan perlindungan untuk mencegah terbawanya udara

Untuk pengelasan aluminium, pelindung gas ganda atau pelindung tertutup sering digunakan untuk mengurangi porositas.

5. Optimalkan Desain Sambungan dan Konfigurasi Pengelasan

Desain sambungan memengaruhi perilaku pelepasan gas:

Utamakan sambungan butt daripada sambungan tumpang jika memungkinkan

Sediakan jalur pelepasan udara untuk sambungan tumpang jika tidak dapat dihindari

Hindari struktur tertutup yang dapat menjebak gas selama pendinginan cepat

Desain struktural yang tepat mengurangi tegangan dan meningkatkan efisiensi pelepasan gas.

V. Kesimpulan

Porositas pengelasan laser adalah cacat tipikal yang diakibatkan oleh kombinasi efek dari bahan, proses, dan kondisi lingkungan. Mekanisme pembentukannya sangat terkait dengan berbagai faktor. Dengan meningkatkan kebersihan bahan, mengoptimalkan parameter laser dan gas pelindung, serta menerapkan desain sambungan yang tepat, kualitas dan performa bentuk lasan dapat ditingkatkan secara signifikan. Dalam lingkungan produksi, integrasi sistem pemantauan daring dan kontrol kualitas loop-tertutup dapat lebih menstabilkan kualitas pengelasan serta mendukung adopsi teknologi pengelasan laser secara luas di industri.